沿海平原水资源优化配置与河网水沙输移计算

摘要

沿海平原地区人口密集，经济发达，但水资源往往并不充沛，资源性缺水伴随着水质性缺水，成为制约当地经济社会发展的主要因素之一。为满足当地经济社会可持续发展的要求，需合理利用域内有限的优质水资源，并从域外引水以根本解决资源性缺水问题。
　　 综合考虑经济效益、制水输水成本和水量均衡分配等目标及其制约关系，构造了一个新的非线性总目标函数。将3个目标函数有机地组合起来，以可供水量、需水量等作为约束条件，建立了新的水资源优化配置模型。据此获得水资源分配问题的最优解，避免了一般多目标优化问题中存在多个最优解的不足，可有效地解决复杂水资源系统的优化配置问题。
　　 基于GIS技术将流域河网平面和断面地形数字化，据以划分计算河网和侧向支流。提出时变侧向出流过程的计算公式，以考虑引水时主干河道向支流扩散的水量，从而将圣维南方程中侧向出流项由以往的常数改进为时变流量过程。考虑数学模型出口边界水位为时变过程，使河网非恒定流数值计算更为合理。在此基础上提出了河网输水能力的数值计算方法。
　　 潮汐河口自流引水不可避免地受非恒定流影响，水流挟沙能力随之变化，而实际含沙浓度变化滞后于水流挟沙能力。为此提出时变挟沙能力的新概念，即水流挟沙能力在半潮周期内随潮流速和潮位同步变化，是时间的函数。在量纲分析基础上建立起水流挟沙能力与时变Froude数的函数关系式，再根据平衡点含沙量和相应水流参数确定关系式中的系指数，由此获得时变水流挟沙能力公式。
　　 当引水经沿海平原河网时，除入口水流受潮汐影响而具有时变的挟沙能力外，引水带来的粘性泥沙进入河网将破坏原有的泥沙输移格局，导致粘性非均匀沙在河网沉积。为此，考虑时变水流挟沙能力和粘性非均匀沙起动概率，结合河网非恒定流数值计算，建立起沿海平原河网不平衡输沙与淤积的计算方法。将该方法用于某引水工程河网含沙量的沿程变化与淤积计算，分析了河网淤积的时空分布规律，并提出相应的减淤对策，为引水工程决策提供了科学依据。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 区域水资源优化配置研究现状

1.2.2 河网输水研究现状

1.2.3 河口水流挟沙能力研究现状

1.2.4 泥沙起动及输移研究现状

1.3 本文研究内容与方法

第2章 区域水资源优化配置模型

2.1 多目标规划

2.1.1 目标函数建立

2.1.2 参数及约束条件设置

2.2 优化计算原理

2.3 计算实例

2.3.1 区域供水量预测

2.3.2 区域需水量预测

2.3.3 水资源供需平衡分析

2.3.4 现状水资源配置的优化

2.3.5 规划年水资源优化配置方案

2.3.6 经济效益

2.3.7 优化配置具体措施

2.4 本章小结

第3章 河网输水能力计算

3.1 数字化河网

3.2 河网水动力模型

3.3 侧向时变出流

3.4 计算实例

3.4.1 河网数字化

3.4.2 边界处理

3.4.3 结果分析

3.5 本章小结

第4章 河口非恒定水流挟沙能力

4.1 公式结构

4.2 平衡机理

4.3 参数确定

4.4 挟沙能力分析

4.5 本章小结

第5章 河网输水泥沙淤积计算

5.1 不平衡输沙计算公式

5.2 沿海平原引水工程河网含沙量沿程变化

5.2.1 含沙量计算

5.2.2 含沙量分析

5.3 引水工程河网泥沙淤积分析

5.3.1 泥沙淤积分析

5.3.2 泥沙淤积厚度分析

5.4 河网泥沙淤积的影响及对策

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献(References)